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Mobile Automation

In unseren Köpfen sind sie ein untrennbares Duo – der Landwirt und sein Traktor bei der Feldarbeit. Dieses Bild der traditionellen Landwirtschaft wird sich erheblich verändern. Um die wachsende Weltbevölkerung ausreichend zu versorgen, bleiben der Landwirt und sein Traktor zwar ein Team, aber auf dem Feld wird die Maschine in Zukunft alleine unterwegs sein.

Autonome Maschinen

TTControl, ein Joint-Venture von TTTech und HYDAC International, unterstützt die Hersteller von mobilen Maschinen und Off-Highway-Fahrzeugen mit der neuesten Displaygeneration namens Vision 3. Sie ist die passende Lösung für die aktuellen Trends und zukünftigen Anforderungen an die Bedienoberflächen von Off-Highway-Fahrzeugen.

Display für raue  Off-Highway-Umgebungen

Themen, wie die Vorfelderkennung, die Heckraumüberwachung, die Umfeldüberwachung oder gar selbstfahrende Maschinen, sind in aller Munde und können nur mit erweiterter Sensorausstattung realisiert werden. b-plus bietet für die Validierung und Verifikation von Multi-Sensorsystemen eine aufeinander abgestimmte Werkzeugkette und begleitet Kunden dabei ihr Steuergerät in Serie zu bringen.

Validierung automatisierter  Systeme in mobilen Maschinen

Der tote Winkel von LKW birgt von jeher Gefahren für andere Verkehrsteilnehmer, insbesondere für Rad- und E-Scooter-Fahrer. Brigade Elektronik hat daher in Zusammenarbeit mit der Firma Wüllhorst ein System entwickelt, das alle kritischen Gefahrenbereiche und tote Winkel erfasst.

Zuverlässiger, nachrüstbarer  LKW-Abbiegeassistent

In mobilen Arbeitsmaschinen und Fahrzeugen geht der Trend zu komfortablen, vernetzbaren und intelligenten Maschinen. Mit der neuen Betätigungsoption CAN Lite des Proportional-Wegeventils Typ PSL bietet der Hydraulikspezialist HAWE Hydraulik einen kostenoptimierten Einstieg in die CAN-Bus-Kommunikation und damit Automatisierung in vielen mobilen Arbeitsmaschinen an.

Elektronische Bauelemente

Idealer Einstieg in die Automatisierung von mobilen Arbeitsmaschinen

Die Produktpalette von Velodyne ermöglicht fortschrittliche Autonomielösungen für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen wie Automotive, Kartierung, Robotik, Industrieautomation oder Sicherheitsapplikationen. Hierbei kommt speziell den Bereichen automatisierte Logistik, Robotik und ganz generell Industrieautomation eine immer größere Bedeutung zu.

LiDAR Sensoren für Robotik und Industrieautomotion

Die Cloud-Verfügbarkeit von Fahrzeugdaten für Diagnose und vorbeugende Wartung wird immer wichtiger. Die Anbindung von mobilen Arbeitsmaschinen an die Cloud erfordert daher ein flexibles und robustes IoT Gateway.

IoT Gateways für rauhe Einsatzgebiete

Die 1990 gegründete und in Sachsen ansässige IBL-hydronic GmbH und Co. KG gehört zu den Topadressen in Deutschland, wenn es um die Kombination von Hydraulik und Elektrik geht. Das Unternehmen automatisiert im Kundenauftrag mobile Maschinen und hat dafür auch eigene Produkte entwickelt. Im Interview mit HANSER automotive stellt der Gründer und CEO Dr. Thomas Löcher eine Weltpremiere und den jüngsten Neuzugang im Produktportfolio vor.

Entwicklungs-Tools

„Wir fungieren als externe  Entwicklungsabteilung“

Smart Farming, die Digitalisierung der Landwirtschaft, lautet die Antwort auf die Frage nach der weltweiten Sicherstellung von Nahrungsmitteln einer wachsenden Menschheit.

Intelligente Landmaschinen für Smart Farming

Zur Unterstützung der Rundumansicht bei schwierigen Rangiervorgängen hat Brigade Elektronik das Sicherheitssystem Backeye 360 entwickelt. Mithilfe von vier Ultraweitwinkelkameras wird die Umgebung einschließlich aller toten Winkel aufgenommen.

Perfekte Rundumsicht

Wind River gab seine Zusammenarbeit mit der auf Lösungen für den Tagebau spezialisierten Beijing TAGE Idriver Technology Co. (TAGE) bekannt. Die beiden Unternehmen wollen gemeinsam an einer sicheren und zuverlässigen Softwareplattform für autonome Bergbaufahrzeuge der nächsten Generation arbeiten. 

Autonome Bergbaufahrzeuge 

Sontheim bietet seit der Gründung 1996 durchgängige Systemlösungen für mobile Arbeitsmaschinen. Das neue 5-Zoll-Display erweitert das Portfolio und bietet neben zahlreichen Schnittstellen in Kombination mit der Modularen Diagnosetoolkette 2.0 völlig neue Möglichkeiten für Hersteller. So kann in-House Entwicklungs-Know-how durch die Wiederverwendung von Quellcode gestärkt und Ressourcen geschont werden – Single Source of Truth.

Messtechnik, Testlösungen, Diagnose

Display mit Diagnosefunktion

Mit einer abnehmbaren WiFi-Kamera bietet Continental eine flexible Lösung für Land- und Baumaschinen, um die Sicht beim Manövrieren zu verbessern und auch tote Winkel in Sichtfelder zu verwandeln. Die WiFi-Kamera lässt sich an wechselnden Fahrzeugen und Orten platzieren.

Drahtlose Kamera  schließt Sichtlücken

Autonome Systeme zur Objekt-  und Personenerkennung

Im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen zählen vor allem eine eingeschränkte Sicht als Hauptursache von tödlichen An- und Überfahrunfällen. Ein Sensorwarnsystem zusätzlich zum Kamera-Monitor-System ist daher ein wichtiges Element bei der Personen- und Objekterkennung. Zu den Anforderungen bei der Entwicklung solcher Assistenzsysteme befragte Mobile Automation Christian Astor, Lienhard Pfeifer und Kevin Hirsch von der ITK Engineering GmbH.

Welchen Beitrag leistet ITK zum Bereich der „Autonomen Systeme zur Objekt- und Personenerkennung“?

ITK Engineering hat mit einem intelligenten Assistenzsystem basierend auf 3D-Informationen Technologien und Algorithmen entwickelt, die vor allem auf unebenem und unstrukturiertem Gelände eine zuverlässige Objekt- und Personenerkennung ermöglichen. Unter Verwendung verschiedener bildgebender Sensoren, wie Stereo-Kamera, Radar, LiDAR, Ultraschall kann mit Hilfe des sogenannten 3D-Terrain Mappings bspw. eine Befahrbarkeits- oder Untergrundanalyse durchgeführt werden. Outputs, wie bspw. Objektlisten mit Lokalisationen im Koordinatensystem des Sensors oder der Arbeitsmaschine, können dann zur Visualisierung oder für Funktionen zur Maschinensteuerung verwendet werden. Diese Assistenzsysteme sind erste logische Schritte in höhere Automatisierungsstufen.

Welche Herausforderungen gelten vorrangig im Land- und Baumaschinenbereich?

Im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen sind die meisten Unfälle, wie auch im Straßenverkehr, auf menschliches Versagen zurückzuführen. Dabei zählen vor allem eine eingeschränkte Sicht als Hauptursache von tödlichen An- und Überfahrunfällen. Gefordert wird zukünftig, dass der Maschinenführer ausreichende Sichtverhältnisse über den gesamten Gefahrenbereich der Maschine hat. Unter anderem müssen auch arbeitende Personen in knieender Haltung im unmittelbaren Nahbereich der Maschine sichtbar sein. Zusätzliche Herausforderungen ergeben sich durch die erhöhte Auftretenswahrscheinlichkeit von umgebungsbedingten Störungen im Landmaschinen- und mobilen Arbeitsmaschinenbereich, insbesondere durch Staub, Dreck oder Dämpfe. Ein Sensorwarnsystem zusätzlich zum Kamera-Monitor-System ist daher ein wichtiges Element bei der Personen- und Objekterkennung. Voraussetzung hierfür ist die zuverlässige Erfassung des umgebenden, oft unstrukturierten Geländes. Die aktuellen Sensor- und Kameratechnologien und die dazu passenden Bildverarbeitungsalgorithmen ermöglichen außerdem mittlerweile Assistenzsysteme, die an die jeweiligen Kundenbedürfnisse und den Typ der mobilen Arbeitsmaschine angepasst sind.

Wo liegen die normativen/regulatorischen Anforderungen bei der Entwicklung?

Die Herausforderung liegt besonders in der Absicherung der Algorithmen. Während es im Automotive-Bereich bereits umfangreiche Vorgaben zur Absicherung gibt, ist dieses Thema im Land- und Baumaschinenbereich noch ausbaufähig. Hierbei gilt es Validierungskonzepte zu erarbeiten und geeignete Datensätze zur Validierung der Algorithmen und Funktionen zu definieren. Darüber hinaus bedarf es einen verstärkten Austausch mit Berufsgenossenschaften und dem IFA, um die Validierungskonzepte abzustimmen und einen Stand der Technik zu definieren.

Da der Normentwurf DIN EN 62998 für sicherheitsrelevante Sensoren im Außenbereich zwar eine Hilfestellung bietet, jedoch keine konkrete Verfahrensanweisungen gibt, hat ITK Engineering darüber hinaus eine spezifische Methodik zur normkonformen Entwicklung und Absicherung entwickelt und liefert damit einen Beitrag für Absicherungskonzepte für Multisensorsysteme im Land- und Baumaschinenbereich. Dieses methodische Vorgehen geschah in enger Abstimmung mit dem Institut für Arbeitssicherheit (IFA).

Welche Stärken und Vorteile bieten Ihre Lösungen?

Während heutige Systeme von einer planaren Ebene ausgehen, sehen wir jedoch einen Konflikt, da mobile Arbeitsmaschinen meist auf unebenem und unstrukturiertem Gelände eingesetzt werden. Unsere 3D Terrain Mapping Lösung ermöglicht daher eine zuverlässige Erkennung des Untergrunds. Dabei erwartet unsere Technologie eine dem Usecase entsprechende 3D-Sensorik (z. B. Stereokamera) und stellt eine Embedded-Plattform mit einer Vielzahl an Bildverarbeitungsalgorithmen dar. Mit der digitalisierten 3D Information wird eine sehr detaillierte dreidimensionale Umgebungskarte des Geländes erstellt. Damit können höhere Funktionen zum Beispiel eine Befahrbarkeit berechnet und Personen oder Objekte im Gefahrenbereich der Maschine erkannt werden (Bild 1). Auf Grundlage der erkannten Umgebung (Untergrund und Objekte) können mithilfe von Deep-Learning-Methoden Objekte näher klassifiziert werden. Das heißt, das System kann entscheiden, ob es sich bei einem Objekt im Umfeld der Maschine um eine Person oder um ein anderes Objekt wie Schilder oder Tiere handelt. Weitere Einsatzmöglichkeiten ergeben sich in der automatischen Maschinenführung anhand der Untergrundcharakteristika, oder bei der automatischen Ausführung von Funktionen, wie Dämpfer- oder Geschwindigkeitsanpassungen.

Gibt es beispielhafte Anwendungsfälle für Ihre Technologie?

Unsere Technologie kommt im Zuge der automatischen Maschinenführung anhand Untergrundcharakteristika zum Einsatz. Die Algorithmik dient hierbei z. B. zur Erkennung von Schwaden, Bordsteinkanten oder Nutzpflanzreihen. Ferner ermöglicht das Verfahren einen Oberflächen-Scan für automatisierte Funktionen der Pfadplanung, Geschwindigkeits- oder Dämpferanpassung oder Höhenverstellung der Feldspritze. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Erkennung des Volumens eines Baggeraushubs, was die manuelle Erfassung des Aushubs erspart. Eine korrekte extrinsische Kameraposition ist Voraussetzung für exakte Vermessung der Umgebung. Mithilfe der Technologie lassen sich Fehler in der extrinsischen Kameraposition leichter erkennen. Dies ermöglicht eine Korrektur derer basierend auf der Geländeschätzung und der Fahrzeugposition hierauf.

<a href="http://www.itk-engineering.de">www.itk-engineering.de</a>

ITK Engineering GmbH  

www.itk-engineering.de

Ausgabenartikel

Bild 1: In fünf Schritten zum Terrain Mapping.

itk - Interview

ausgabe 08/2020

ausgabe 07/2020

ausgabe 06/2020

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